بررسی اثر پارامترهای فرآیندی بر ریخت شناسی، خواص حرارتی و مکانیکی ایروژل های کربنی

ایروژل های کربنی مواد کربنی نانوساختار نوینی هستند که در دهه اخیر توجهات زیادی را به خود جلب نموده اند. روش مرسوم برای ساخت ایروژل های کربنی پلیمرشدن سل- ژل مونومرهای رزورسینول و فرمالدهید در محیط آبی در دمایی کمتر از دمای جوش استاندارد حلال به منظور تشکیل ژل، تعویض حلال و خارج کردن حلال درون حفرات ژل با استفاده از روش خشک کردن با سیال فوق بحرانی و در نهایت پیرولیز ایروژل آلی به دست آمده در محیط خنثی است. با این حال، زمان طولانی مورد نیاز برای ساخت ژل، قیمت زیاد مونومر رزورسینول و تجهیزات گران قیمت روش خشک کردن با سیال فوق بحرانی موانعی هستند که تجاری سازی این مواد را بسیار دشوار نموده اند. هدف تحقیق پیش رو کاهش قیمت و زمان در فرآیند ساخت ایروژل های کربنی با رویکردی مبتنی بر استفاده از این مواد به عنوان یک عایق حرارتی دما بالا است. در این پژوهش، به منظور کاهش هزینه های مواد اولیه و فرآیند خشک کردن به ترتیب از واکنش رزین ارزان قیمت نووالاک با هگزامین و روش خشک کردن محیطی برای ساخت ژل و خشک کردن آن استفاده شد. برای کاهش زمان لازم برای تشکیل ژل نیز انجام پلیمرشدن سل- ژل در محیط اشباع از بخار حلال به عنوان روشی نوین و جایگزین روش پلیمرشدن سل- ژل مرسوم ارائه شد. نتایج حاصل نشان داد که با انجام پلیمرشدن در محیط اشباع از بخار حلال در عین حال که زمان لازم برای تشکیل ژلی با استحکام مناسب از 5 روز به 5 ساعت کاهش یافت، در ضمن هیچ گونه جمع-شدگی ای نیز در ژل ها در اثرخشک کردن در شرایط محیطی مشاهده نشد. بررسی پارامترهای موادی و فرآیندی موثر بر ریزساختار و خواص ایروژل کربنی نشان داد که پارامترهای فرآیندی مناسب برای ساخت ایروژل کربنی با هدف استفاده به عنوان یک عایق حرارتی دما بالا عبارتند از استفاده از حلال 2- پروپانول برای ساخت محلول اولیه، ساخت ژل با استفاده از انجام پلیمرشدن سل- ژل در محیط اشباع از بخار حلال در دمای c°170، خشک کردن ژل در دمای محیط و در نهایت پیرولیز ایروژل نوالاک در دمای c°800. در نهایت، بررسی خواص حرارتی ایروژل های کربنی نشان داد که رسانش از فاز جامد ساز و کار غالب انتقال حرارت در ایروژل های کربنی است.